بهینهسازی ابعاد صفحات هیو یک توربین بادی نیمهمغروق در...
DESCRIPTION
استفاده از سکوی نیمه مغروق یکی از پیشنهادهای موجود جهت نصب توربینهای بادی فراساحل است. نصب صفحات هیو به هدف کاهش دامنه پاسخ هیدرودینامیکی سازه در مودهای نوسانی قائم و دوران طولی در طراحی توربینهای بادی نیمه مغروق کاربرد فراوان دارد. اضافه کردن این صفحات از طرفی باعث افزایش نیروی تحریک وارد بر سازه میشود. ضروری است که ابعاد صفحات هیو به منظور نصب سازه در شرایط هر منطقه به گونهای بهینه گردد که اثر میرایی ویسکوز و افزایش جرم اضافی ناشی از حضور این صفحات بر تأثیر آنها در افزایش نیروهای تحریک غلبه کرده و در محدود کردن نوسانات قائم و دوران طولی نقش بهینهای ایفا کنند. در این تحقیق با کد نویسی در نرم افزار «متلب» به بهینه سازی ابعاد صفحات هیو یک توربین بادی نصب شده بر روی یک سکوی نیمه مغروق سه پایه جهت نصب در شرایط خلیج فارس پرداخته شده است. تحلیل پاسخها در حوزه فرکانس و با محاسبه نیروها و ضرایب هیدرودینامیکی از روابط تقریبی مناسب صورت گرفته است. در این تحقیق کل سازه شامل توربین و سکو به صورت جسم صلب فرض و از اثر جریان، سختی قائم خطوط مهار و تغییرات ضریب درگ ناشی از تغییر ابعاد صفحات هیو صرفنظر شده است. قابلیت اطمینان به محاسبات قبلاً با مقایسه خروجی کدها با نتایج مطالعات قبلی مورد تأیید قرار گرفته است. همچنین در این تحقیق تغییرات RMS سازه در نوسانات قائم و دوران طولی با تغییر ابعاد صفحات هیو در حوزه فرکانس بررسی شده است. با مقایسه پاسخهای سازه با صفحات هیو بهینه سازی شده، با نتایج پاسخهای سازه پیش از بهینهسازی در مودهای نوسانی قائم و دوران طولی، بهبود پاسخها در حضور صفحات بهینه سازیشده در شرایط خلیج فارس تأیید شده است. مقایسه نمودارها نشان داد که نقش میرایی ویسکوز در کنترل نوسانات قائم برای صفحاتی بزرگتر از مقدار بهینه قابل ملاحظه نیست و افزایش ابعاد صفحات به بیش از این مقدار نه تنها هزینه ساخت را افزایش میدهد بلکه تأثیر منفی در بهبود نوسانات سازه دارد. از طرفی مشخص شد که طیف پاسخ سازه برای صفحاتی کوچکتر از مقدار بهینه تغییر شدیدی را نشان میدهد. برای پرهیز از این پدیده پیشنهاد شد ابعاد صفحات هیو با انتخاب یک ضریب اطمینان مناسب اندکی بزرگتر از مقدار بهینه محاسبه شده درنظر گرفته شود تا خطای احتمالی محاسبات در زمان طراحی پوشش داده شود.TRANSCRIPT
-
5/24/2018
1/11
AHC2014-A-11-203-1
21
1 - [email protected] [email protected]
. . .
.
. . . RMS. . .
.
. .
:
-
5/24/2018
2/11
71392
2
-1 . . . . . . .
. .
]12[.
5060 . . . .
. . 1 2 . . .
3 .
1 WindFloat2Principle Power Inc. (PPI)
3 Heave Plates
-
5/24/2018
3/11
71392
3
4 5 6 7.2009 2010]3[ . . ]]42011 .
2009 8 5]5[
NREL. 9 10 . .
OC3 ]6[. ]]7 .
. . .]7[. .
.. . .
. ]4[.
4 Added Mass
5 Heave
6Roll7 Pitch
8 National Renewable Energy Laboratory (NREL)
9International Energy Agency (IEA)
10The Offshore Code Comparsion Collaboration (OC3, OC4)
-
5/24/2018
4/11
71392
4
-2 (1) ]46[ .
( .1 ) .(1)
90
(1) NREL
6/7746/3475/6
110240 126
4/1125
1011 15
46 10 1/2
5/117
124640
3-
11 Airgap
12 Displacement
-
5/24/2018
5/11
71392
5
]12[. ]]3 .50 13 ]8[. BMO14
5/6 .5095/6 -4
. .
. . -
. - . - ]9[ - -. :
(1) 3 33ma
aF m u t ma3Fa33m u t.
15.- ]10[ .
: (2) 1
1
2D w D PF C A u t u t
D1F PA DCw u t . x t
:(3) 2
1
2 D w D P
ViscF C A x t x t B x t
Visc
B .]11[ 5/7 .
13 JONSWAP14British Meteorological Office
15 Keulegan-Carpenter parameter
-
5/24/2018
6/11
71392
6
. )(2 (3( ]12[ .
. ]9[ 16-
.]17]13 :]]14(4)
3 3
33
8 4
3 3a w h wm R R
hR R . 9/0. .]]15
) (4 Y. :(5)33 w wpC gA
(6) 55 wpAw yy B GC g I z mgz 33C55C wpA
Bz wpAyyIgGz Y.
. :]]16(7)
2 2
33 30
,8
H
w g
KB Q d
gV
K H33B g gV2
. 3Q ,
. X . . (( .( )3 7( )
(8).
16 McCamy & Fuchs17Weggel, 1994
-
5/24/2018
7/11
71392
7
(8) 3333 333333
2 ,C aC
BB M m C
B
33
BC33B a 33M m .
( 9( :10( )(9)
2
2 2 2
, , 3,5 , 0
-
j
j
jj a jjjj
QRAO j
C M m B
(10) 2
R j jS RAO S (S( jRAO R jS j.: (11)
0 R jj dM SR S
5- RMS .
.RMS . . ..(2 )RMS
.
RMS((2
-
5/24/2018
8/11
71392
8
95/9 . . .. .( 3 )RMS .
RMS((3 .
. . 52/0 . . 52/0 .
( 4 )RMS . D . 15. . (3)
-
5/24/2018
9/11
71392
9
)52/0 4 ) . . . ((4 3/10 .
((4 ( 5) RMS
.RMS .
(5)
-
5/24/2018
10/11
71392
10
. . ( .3 ( . Y . . 86 .
6-RMS . 95/9 . . . . . .
. . - .
7- 1. Mostafaeipour, A., 2010. Feasibility Study of Offshore Wind Turbine Installation in Iran Compared with the
World. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, pp. 17221743.
2. Reiszadeh, M., and Motaha, S., 2011. The Wind Energy Potential in the Coasts of Persian Gulf Used in Designand Analysis of a Horizontal Axis Wind Turbine. World Renewable Congress, Sweden.
3. Roddier, D., Cermelli, C., Aubault, A., and Weinstein, A., 2010. Windfloat: a Floating Foundation forOffshore Wind Turbines. Journal Of Renewable And Sustainable Energy 2, .pp. 033104103310434.
4. Roddier, D., Antoine, P., Alexia, A., and Joshua, W., 2011. A Generic 5 MW Windfloat for Numerical ToolValidation & Comparison Against a Generic Spar. Proceedings of the 30th International Conference on Ocean,
Offshore and Arctic Engineering, Rotterdam, OMAE2011-50278.
-
5/24/2018
11/11
71392
11
5. Jonkman, J., Butterfield, S., Musial, W., and Scott, G., 2009. Definition of a 5-MW Reference Wind Turbinefor Offshore System Development. National Renewable Energy Laboratory, Report No. NREL/TP-500-38060.
6. Jonkman, J., 2010. Definition of the Floating System for Phase IV of OC3. National Renewable EnergyLaboratory, Report No. NREL/TP-500-47535.
.7 1392. .
.8 1392. .9. Chakrabarti, S., 1994. Hydrodynamics of Offshor Structures. Computational Mechanics Publications.
Southampton, Boston.
10. Sadeghi, K., Incecik, A., and Downie, M.J., 2004. Response analysis of a truss spar in the frequency domain.Journal of Marine Science and Technology, 8, pp. 126-137.
11. PPI, 2010. WWF Concept Design Deliverable #2. Principle Power Inc., 2nd Quarter Reporting, DOEGRANT DEEE0002652.
12. Borgman, L. E., 1967. Ocean Wave Simulation For Engineering Design. Hydraulic Engineering Laboratory,Berkeley, California, Report No. HEL-9-13.
13. Weggel, D. C., 1994. Hydrodynamic Forces on TruncatedCylinders. OffshoreTechnology Research Centre,Texas, USA, Report No. NSF # CDR-8721512.
14. Brennen, C. E., 1981. A Review o f Added Mass and Fluid Inertial Forces. Naval Civil EngineeringLaboratory, California, Report No. CR 82.010.
15. Kvittema, M. I., Bachynskib, E. E., and Torgeir, M., 2012. Effects of hydrodynamic modelling in fully coupledsimulations of a semi-submersible wind turbine. Energy Procedia, 24, pp. 351-362.
16.Newman, J. N., 1977. Marine Hydrodynamic. The Massachusetts Institute of Technology.